三維PSI導(dǎo)板輔助單髁置換術(shù)治療膝骨性關(guān)節(jié)炎*

郭東輝 董軍 馬世強 郭彬芳 趙云超 邢寶瑞 周婷婷 李曉明

(1.河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院骨科,河北 滄州 061000；2.滄州市中心醫(yī)院新生兒科，河北 滄州 061000)

隨著人口日益老齡化，膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎成為困擾人們生活的一大難題。單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)是膝關(guān)節(jié)階梯治療較為成功且成熟的一種手術(shù)，創(chuàng)傷小，恢復(fù)快，且保留原有的解剖結(jié)構(gòu)，可明顯解決患肢疼痛，功能障礙等諸多問題。經(jīng)過醫(yī)務(wù)工作者的不懈努力，三維(3D)打印現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)日益成熟[1-3]，術(shù)前可運用計算機技術(shù)使手術(shù)設(shè)計更精準(zhǔn)化，確定脛骨、股骨截骨厚度及角度，確定假體大小及型號[4]。因此，本研究選取80例膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)骨間室關(guān)節(jié)炎患者為研究對象，旨在探討3D打印PSI導(dǎo)板輔助單髁關(guān)節(jié)置換術(shù)(Unicompartmental Knee Arthroplasty，UKA)的臨床療效。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2017年8月～2019年1月河北省滄州中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院關(guān)節(jié)科收治的80例膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)骨間室關(guān)節(jié)炎患者為研究對象，按照隨機抽樣方法分為傳統(tǒng)(Conventional Intramedullary Cutting Guides，CON)組與三維(3D)打印個體化導(dǎo)板(Print Personalized Guide，PSI)組，每組40例。所有患者均由同一名手術(shù)醫(yī)師操作，采用假體均為第三代Oxford單髁膝關(guān)節(jié)組件系統(tǒng)(美國、邦美公司)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①術(shù)前簽署醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)的知情同意書，給予X線等影像學(xué)檢查。②為初次膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎，經(jīng)保守治療無效者。③為膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室骨性關(guān)節(jié)炎。④MRI顯示前后交叉韌帶形態(tài)、張力、功能完好。排除標(biāo)準(zhǔn)：①基礎(chǔ)病未能得到控制。②膝關(guān)節(jié)既往有手術(shù)史、精神病史。③依從性較差。④屈曲攣縮、內(nèi)外翻畸形>10°。

1.2 導(dǎo)板設(shè)計制作

1.2.1 獲取CT數(shù)據(jù) 采用Philips/Ingenuity CT進行患肢軸向容積掃描，掃描電壓120 KV，掃面矩陣768*768，掃描層厚1.5 mm。掃描范圍以膝關(guān)節(jié)為中心，上至股骨頭上方5 cm，下至踝穴下方5 cm，掃描后數(shù)據(jù)結(jié)果以Dicom格式數(shù)據(jù)文件存儲。

1.2.2 實體建模(下肢骨骼重建) 將患肢CT數(shù)據(jù)輸入到Mimics Research 19.0(比利時，Materialise公司)中，利用閾值分割，分別選取骨組織≥226 Hu進行實體建模，見圖1A～D。

圖1 實體建模

1.2.3 設(shè)計截骨導(dǎo)板 將重建好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入3-Matic Research 11.0(比利時，Materialise公司)中畫出力學(xué)、解剖軸，測量截骨位置、角度和截骨厚度，并設(shè)計截骨導(dǎo)板，見圖2。

圖2 截骨導(dǎo)板

1.2.4 打印模型 將導(dǎo)出的模型和導(dǎo)板等STL文件載入到JS-6000-H工業(yè)級3D打印機(上海黑焰醫(yī)療科技公司，中國)，利用光敏樹脂BFOR001材料(上海黑焰醫(yī)療科技公司，中國)通過逐層掃描，層層堆積最終得到需要的模型和導(dǎo)板，見圖3。

圖3 打印模型

1.3 手術(shù)方法 CON組：麻醉方式為腰麻，患者平臥于手術(shù)臺上，常規(guī)碘酒、酒精消毒，鋪無菌手術(shù)巾，膝關(guān)節(jié)屈曲100°，取髕旁內(nèi)側(cè)直行切口，長約12 cm，逐層切開皮膚、皮下組織，沿髕骨內(nèi)緣切開直達脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)，顯露膝關(guān)節(jié)，切除部分脂肪墊，查看前后交叉韌帶連續(xù)性及股骨外側(cè)髁和外側(cè)脛骨平臺軟骨情況，可見股骨內(nèi)側(cè)髁及內(nèi)側(cè)脛骨平臺軟骨剝脫，軟骨下骨外露，切除髁間窩及內(nèi)側(cè)髁部分骨贅，外推髕骨，插入股骨髓內(nèi)導(dǎo)向器(美國邦美公司)，反復(fù)屈曲膝關(guān)節(jié)，確定膝關(guān)節(jié)運動方向，標(biāo)記脛骨截骨方向。用勾匙測量大小，選擇相應(yīng)勾匙，安裝脛骨截骨導(dǎo)向器(美國邦美公司)，調(diào)整力線，連接后固定脛骨截骨模塊，保護內(nèi)側(cè)副韌帶，根據(jù)標(biāo)記線進行垂直面和水平面截骨，去除脛骨截骨骨塊，用6 mm測試器插入截骨處，如果進出順暢，表示脛骨截骨厚度滿意。股骨截骨包括股骨后髁截骨和股骨遠(yuǎn)端研磨截骨，連接桿連接髓內(nèi)定位桿和股骨鉆孔向?qū)В诠晒莾?nèi)髁中心相繼鉆兩個直徑 4 mm 和 6 mm 的孔，保證在股骨內(nèi)髁中心，放入股骨后髁截骨向?qū)В谜徠瑢篦两毓恰２迦?號研磨栓，用磨鉆對股骨遠(yuǎn)端進行研磨。屈膝100°，插入塑料測厚器測量屈曲間隙。屈膝20°，用金屬測厚器測量伸直間隙。測量股骨遠(yuǎn)端進一步研磨的厚度( 研磨量=屈曲間隙-伸直間隙) mm，即研磨栓型號，通過股骨遠(yuǎn)端進一步研磨即可實現(xiàn)屈伸間隙平衡。安裝假體試模，選擇相應(yīng)半月板墊塊，沖洗槍沖洗，攪拌骨水泥，安裝股骨和脛骨假體，生理鹽水沖洗，關(guān)節(jié)囊周圍注射雞尾酒，待骨水泥凝固后，檢查關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及活動性，最后逐層縫合傷口，無菌敷料包扎。

PSI組: 麻醉方式為腰麻，采用術(shù)前3D打印的個體化截骨板(PSI)進行股骨、脛骨截骨，見圖4～5。逐層切開皮膚及筋膜，緊貼脛骨內(nèi)側(cè)骨質(zhì)剝離軟組織，不要去除任何骨贅，否則導(dǎo)板安裝位置會出現(xiàn)困難，在脛骨內(nèi)側(cè)根據(jù)骨性特征放置脛骨PSI導(dǎo)板，選擇最佳的貼合位置，并與模型進行對比，準(zhǔn)確無誤后克氏針進行固定，行垂直和水平截骨，將截骨塊和導(dǎo)板截骨塊進行比對。股骨髁間窩和股骨內(nèi)髁的骨贅同樣不能去除，股骨內(nèi)髁負(fù)重區(qū)軟骨已經(jīng)磨損，根據(jù)骨性特征放置股骨PSI導(dǎo)板，導(dǎo)板兩側(cè)卡在股骨髁間窩和股骨內(nèi)髁的內(nèi)側(cè)。克氏針固定股骨PSI導(dǎo)板后，依次用直徑4 mm和6 mm的鉆鉆孔。股骨PSI導(dǎo)板主要是確定假體在冠狀面和矢狀面的旋轉(zhuǎn)及力線方向，通過導(dǎo)板上兩個孔柱的方向確定股骨假體的位置。鉆孔后安裝股骨截骨模塊，后續(xù)股骨遠(yuǎn)端的截骨的操作步驟和傳統(tǒng)UKA一致。

圖4 術(shù)中根據(jù)模型進行脛骨、股骨截骨

1.4 術(shù)后處理 術(shù)后4～6 h可下床行走，24 h內(nèi)給予頭孢呋辛預(yù)防感染治療，非甾體藥物常規(guī)鎮(zhèn)痛，冰敷對癥治療。術(shù)后第1 d給予低分子肝素治療預(yù)防下肢深靜脈血栓。術(shù)后復(fù)查患側(cè)膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片、雙下肢全長片和雙下肢深靜脈彩超檢查，定期進行隨訪。術(shù)后3個月記錄疼痛評分(VAS)、紐約特種外科醫(yī)院膝關(guān)節(jié)評分(HSS)、膝關(guān)節(jié)活動度(Rangeofmotion，ROM)以及髖膝踝角度(Hip-knee-ankle angle，HKA)變化。

圖5 術(shù)中截骨厚度、大小與術(shù)前設(shè)計一致

1.5 觀察指標(biāo)及療效評定標(biāo)準(zhǔn) 記錄兩組手術(shù)時間、出血量、術(shù)后下地時間、住院時間、術(shù)后3個月VAS、HSS評分方法、ROM以及HKA變化。

2 結(jié)果

2.1 兩組一般資料比較 PSI組中,男性21例，女性19例；年齡50～68歲，平均(58.5±11.5)歲；左膝25例，右膝15例。CON組男性17例，女性23例；年齡55～72歲，平均(61.5±23.6)歲；左膝14例，右膝26例。兩組患者一般資料比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 兩組手術(shù)、住院、術(shù)后下地時間及術(shù)中出血量比較 與CON組相比，PSI組手術(shù)時間及住院時間明顯減少(P<0.05)。而兩組術(shù)中出血量和術(shù)后下地時間相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 兩組手術(shù)、住院及術(shù)后下地時間與術(shù)中出血量比較

2.3 兩組VAS、HSS評分及ROM比較 與術(shù)前同組相比，術(shù)后3個月兩組VAS評分、HSS評分及ROM有明顯改善(P<0.05)；但術(shù)后3個月時，兩組無明顯差異(P>0.05)，見表2。

表2 兩組術(shù)前與術(shù)后3個月VAS、HSS評分及ROM對比

2.4 兩組HKA比較 與同組術(shù)前相比，兩組術(shù)后3月HKA角有顯著增加；且術(shù)后3個月時，PSI組HKA角高于CON組(均P<0.05)，見表3。這提示CON組與PSI組的HKA均有改善，且PSI組更精準(zhǔn)。

表3 兩組髖膝踝角度對比

3 討論

目前對于終末期骨性關(guān)節(jié)炎的患者主要的治療方式為TKA[5-7]。但SatKu[8]等認(rèn)為其手術(shù)創(chuàng)傷大，恢復(fù)時間漫長，術(shù)后效果患者滿意度不高，且5%～20%為單純膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室病變，不適合進行TKA。UKA成為治療單側(cè)病變間室首選的治療方式[9-11]，UKA僅僅置換單側(cè)病變脛股關(guān)節(jié)間室，截骨少，不損傷前后交叉韌帶，保留膝關(guān)節(jié)其他正常結(jié)構(gòu)，創(chuàng)傷小，手術(shù)時間短，本體感覺良好，術(shù)后康復(fù)快[12]。但UKA技術(shù)學(xué)習(xí)曲線更長，要求對下肢力線精準(zhǔn)率要求更高[13-14]，且翻修率高[15]，初次學(xué)者要有一定的手術(shù)經(jīng)驗。

Kerens等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，通過術(shù)后CT掃描確定各組分在體內(nèi)的位置，并與基于mri的數(shù)字三維成像計劃中的假體位置進行比較，認(rèn)為PSI技術(shù)可靠且精準(zhǔn)，術(shù)中假體位置與術(shù)前計劃高度一致，可精準(zhǔn)地避免假體位置，尤其是脛骨部分旋轉(zhuǎn)位置發(fā)生角偏差，該步驟為UKA術(shù)中最為關(guān)鍵一步。Abtin[18]通過術(shù)中假體位置、術(shù)后X線評估及術(shù)前術(shù)后1年OKS評分對比PSI技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)，其認(rèn)為兩者術(shù)后臨床療效無明顯差異，雖然PSI術(shù)中股骨假體位置與術(shù)前計劃高度一致，但脛骨組件位置有待商榷，盡管該技術(shù)有精確的術(shù)前設(shè)計，僅供經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生使用，但不適合于缺乏經(jīng)驗的外科醫(yī)生。Pablo[19]等通過比較臨床和影像學(xué)結(jié)果、并發(fā)癥和假體結(jié)果來評估PSI的使用效果及UKA學(xué)習(xí)曲線，其認(rèn)為缺乏經(jīng)驗的外科醫(yī)生使用PSI，假體植入位置可以達到與傳統(tǒng)手術(shù)經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)生相似結(jié)果，術(shù)后2年假體生存率無明顯差異，可明顯縮短年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)曲線。 Seeber[20]等提出PSI技術(shù)有良好的術(shù)前計劃及精準(zhǔn)假體安放位置，但是這項技術(shù)導(dǎo)致額外的成本，可能存在術(shù)前計劃的準(zhǔn)確性不足導(dǎo)致手術(shù)時間延長。

傳統(tǒng)的UKA在操作時通常受到術(shù)者主觀因素及常規(guī)髓內(nèi)外導(dǎo)向器干擾，容易導(dǎo)致術(shù)中截骨量、股骨及脛骨組件旋轉(zhuǎn)角度變化、假體大小選擇出現(xiàn)偏差[21-22]。PSI則可以避免上述偏差[23-24]，操作者可在術(shù)前將符合每一位患者患肢CT數(shù)據(jù)輸入到Mimics Research19.0中，利用閾值分割，分別選取骨組織≥226 Hu進行實體建模。畫出力線、解剖軸，測量截骨位置、角度和截骨厚度，并設(shè)計對應(yīng)截骨導(dǎo)板，手術(shù)時，使用3D打印截骨導(dǎo)板進行精確截骨，可使下肢力線恢復(fù)準(zhǔn)確，假體大小及位置更符合生理。本研究中，PSI組由于術(shù)前已計算好假體型號、假體的安放位置，根據(jù)導(dǎo)板進行截骨，減少了術(shù)中多次截骨、假體大小不匹配及植入位置不理想的可能性，減少了手術(shù)時間，避免因手術(shù)時間問題帶來的醫(yī)源性損傷。術(shù)后膝關(guān)節(jié)活動度變化差異，其原因可能與假體大小選擇有關(guān)，假體過大會對內(nèi)側(cè)副韌帶造成激惹出現(xiàn)疼痛，膝關(guān)節(jié)活動有所減小。UKA的髓腔力線桿比較細(xì)，開髓點位置變化均會對力線造成偏差，PSI組髖膝踝角度恢復(fù)優(yōu)于CON組，說明3D打印截骨導(dǎo)板UKA下肢力線更精準(zhǔn)，更符合生理性解剖。雖然術(shù)后3個月VAS、HSS評分及膝關(guān)節(jié)活動度無明顯差異，但PSI導(dǎo)板可以縮短手術(shù)時間，減少患者的住院時間，下肢力線更精準(zhǔn)，減少假體的磨損。但本研究隨訪時間短，病例少，需要增加病例數(shù)和長期隨訪，觀察患者的膝關(guān)節(jié)功能、假體的松動及墊片磨損情況。

4 結(jié)論

3D打印PSI導(dǎo)板引導(dǎo)下截骨效果與術(shù)前計劃高度一致，截骨角度和假體位置更精準(zhǔn)，可減少手術(shù)和住院時間，且能獲得較好的短期臨床療效。